406.7—415.4nm和632.8nm辐射在人肺组织中的穿透深度

在对作者原有工作改进的基础上，应用自行研制的“光纤探针深度计”首闪精确了Ｋｒ＾＋紫激光４０６．７－４１５．４ｎｍ和Ｈｅ－Ｎｅ激光６３２．８ｎｍ，波长年新鲜离体人肺组织中光能流率分布，获得这一定两种重要波长处人肺正常组织和人肺腺鳞癌组织中光能流率的分布规律及光穿深度的数值：（１）δｎｏｅｒｍａｌ＝０．０８ｍｍ，δｔｕｍｏｕｒ＝０．３２ｍｍ；（２）δｎｏｒｍａｌ＝１．１９ｍｍ，δｔｕｒｍｏｕｒ＝１．７     

哺乳动物五种离体组织光学特性的测量

光在哺乳动物组织中的传输依赖于组织体的光学特性,组织的光学特性是由吸收系数、散射系数和散射相位函数决定的。我们设计并实现了哺乳动物5种离休组织光学特性的测量。对实验方法和技术作了较大的改进,联合组织体漫反射特性和光能流率的测定,获得了满意的结果:光穿透深度δ=1.1～5.06mm,吸收系数μ_a=0.4～1.6cm^-1.有效散射系数μ_s(1-g)=2.7～17.7cm^-1.这种测量方法可用于人体组织光学特性的测量。     

4O6.7～415.4nm和632.8nm辐射在人肺组织中的穿透深度

在对作者原有工作改进的基础上，应用自行研制的“光纤探针深度计”首次精确测定了Kr+紫激光406．7～415．4um和He-Ne激光632．8nm波长处新鲜离休人肺组织中光能流率分布，获得这两种重要波长处人肺正常组织和人肺腺鳞癌组织中光能流率的分布规律及光穿透深度的数值：（1）δnormal=0.08mm,δtumour=0.32mm(λ=406.7～415.4nm);(2)δnormal=1.19mm,δturmour=1.70mm(λ=632.8nm),并对现有人肺组织的光穿透深度数据作了总结和讨论．     

含有高阶参量的生物组织光学漫反射的半经验解析模型

漫反射光谱技术对生物组织快速和无创测量具有非常重要的意义,但缺乏精确的关于漫反射的解析解限制了该技术有效的应用.本文根据光子迁移理论和二阶相似关系推导了半经验公式,然后利用Monte Carlo方法研究了二阶参量γ对半经验公式的影响.研究表明,当小孔径收集漫反射光时,反射率与γ成二次函数关系.与其他含有高阶参量γ的解析模型相比,本文提出的半经验解析模型具有简单的数学形式,这为生物组织光学参量测量和漫反射光谱应用提供了新的理论和技术支持.     

生物组织中激光传输规律的模拟与检验

本文研究了激光在生物组织中的传输规律,建立了适用于Monte Carlo模拟的数理模型。对不同组织中光子的传输规律进行了模拟和检验,结果表明:利用本文所建立的模型和编制的程序,可以有效地模拟激光在均匀和非均匀组织中的传输规律,并可获取组织光学特性参数与漫反射率、漫透射率和通量等物理量间的关系。     

Monte Carlo方法研究支气管组织自体荧光光谱

在实验获得支气管组织显微荧光特性和有关光学特性参量的基础上,将支气管组织简化为三层光学模型,用Monte Carlo方法模拟442nm He-Cd激光在组织模型中的光分布及自体荧光的逃逸函数,计算出各组织层对总体自体荧光的贡献,并模拟出逃逸到组织体表面的自体荧光光谱.进一步实验测量与理论计算的自体荧光光谱比较表明,两者在460～520nm及600～700nm的光谱范围内符合得较好.     

肿瘤热疗计划中三维温度分布的不确定性研究

本文采用Monte—Carlo方法对肿瘤热疗计划中组织的三维温度场进行了模拟,并研究了肿瘤区域、血液灌注率、 加热功率等参数的不确定性对组织温度造成的影响。本文结果对优化热疗参数及制定临床治疗方案具有重要的参考价值。     

紫激光辐射人肺组织的光学特性

应用光纤探测系统和自行研制的光纤探针深度针,成功实现了Ｋｒ＾＋紫激光辐射新鲜离体人肺组织体表面漫反射率和内部光能流率分布的精确测定,并利用漫射理论和加倍（ＡｄｄｉｎｇＤｏｕｂｌｉｎｇ）方法的部分结论,获得了紫光从肺癌组织和正常组织的主要光学特性参数,与蒙特卡罗法拟合实验的光分布曲线得出的结果一致秋临床实际应用提供了重要的原始参数。     

有限宽光束在生物组织中传输的蒙特卡罗方法

基于光在生物组织中的传输理论,研究有限宽光束在生物组织中的传输特性.利用入射光强与格林函数进行卷积计算,推导了有限宽光束在圆柱坐标系下的光传输过程,给出了有限宽光束的光传输方程.以高斯光源和平圆光源为例,进一步给出了两种光源的有限宽光束在生物组织中的光传输方程.介绍了Monte Carlo方法原理及模拟光在多层生物组织中的传输过程.给出了典型三层生物组织的散射系数、吸收系数和折射率等光学参数.利用Monte Carlo方法模拟了有限宽光束在三层生物组织中的传输特性,对比研究了高斯光源和平圆光源有限宽光束在三层生物组织传输时光学参数漫透射率、漫反射率和光能流率的变化规律.这些参数的变化规律可为光在生物组织传输的实际应用提供理论指导.     

沉积粒子能量对薄膜早期生长过程的影响

利用Monte Carlo(MC)模型研究了能量粒子对薄膜生长的初始阶段岛膜的形貌和岛的尺寸的影响,沉积粒子的能量范围为:0—0.7eV.在模型中考虑了原子沉积、吸附原子扩散和蒸发等过程,并详细考虑了临近和次临近原子的影响.结果表明,在所采用的参量范围内不同的基底温度情况下,能量粒子的影响有很大的区别.低基底温度情况下,沉积粒子强烈地影响着薄膜的生长过程中,岛膜的形貌、数量和尺寸随能量粒子的能量增加而有很大的变化.分析表明,这些变化都是由于能量粒子的介入使得表面吸附粒子的扩散能力增强所致 关键词： 薄膜生长 Monte Carlo方法 扩散     

正交偏振法消除生物组织表面反射光的研究

应用光谱方法测量生物组织成分时, 信号的拾取一般有两种方法：透射法和反射法。其中,根据光纤测头与生物组织接触与否,反射法分为接触和非接触两种形式。接触测量时, 只有携带了组织信息的深层反射光进入测头, 但接触测量中压力、温度等变化会导致测量条件的变化,进而影响光谱数据的稳定性;非接触测量时, 虽然克服了接触压力、测头温度等对测量的干扰,却会导致不携带光与组织相互作用信息的表面反射光进入测头,由于表面反射光强度高且集中,将会影响检测器的动态范围。因此非接触测量的最大问题是如何有效地消除生物组织表面反射光的影响。针对非接触测量中生物组织表面反射光的消除方法进行了系统研究, 对课题组之前提出的正交偏振法进行了理论和实验分析。首先,以不同被测物为对象,研究了表面反射光的偏振态,结果表明表面反射光的偏振度与表面粗糙度密切相关,表面粗糙程度越小,偏振度越高,由此推断出,经表面光滑的Intralipid溶液反射后的表面反射光具有保偏特性;然后,以Intralipid-20%溶液为被测对象,对正交偏振法消除表面反射光的效果进行了研究,实验结果显示正交偏振法可以消除97%以上的表面反射光;最后,比较分析单波长下不同源探距离处的接触和非接触式光谱测量曲线,二者高度重合,这一现象进一步说明了正交偏振法消除表面反射光的有效性。该研究通过评价正交偏振法消除组织表面反射光的能力,旨在消除接触式漫反射光谱检测中测量条件变化对测量的影响,以期推动近红外无创光谱检测技术的进一步发展。     

基于表面生成法的粗糙基底上半透明涂层的光散射特性

针对光在半透明涂层和粗糙基底构成的两层粗糙面的散射过程,采用表面生成法,考虑入射遮蔽以及多次散射效应,构建表面散射的蒙特卡罗模型,得到粗糙基底上半透明涂层的反射光的能量分布,研究涂层厚度、表面粗糙度、入射光波长等对双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)的影响.结果表明,BRDF受表面的粗糙程度影响较大,其峰值随表面均方根斜率的增加线性递减;半透明涂层厚度影响BRDF峰值的大小,厚度为十分之一波长时,BRDF达最小值;近红外光入射时镜反射方向附近BRDF的局部分布曲线相对于可见光入射时有展宽趋势,且方向半球反射率相对于可见光入射时更大.     

连续光在生物组织中能流率分布的漫射近似和模拟

分析了半无限大介质漫射近似不同边界条件的镜像光源结构,用镜像光源的方法给出了连续光入射时稳态能流率分布的漫射近似表达式,并用Monte Carlo方法对能流率分布进行模拟,分析了两种模型能流率分布的特点及其形成的机理;用Monte Carlo模拟结果检验了能流率分布漫射近似的精度,结果表明:漫射近似采用EBC边界条件的结果有较高的精度和计算较简单等优点,为能流率分布的快速准确计算提供了依据.     

Study of light propagation in human, rabbit and rat liver tissue by Monte Carlo simulation

Monte Carlo Simulation for light propagation in liver tissues of human and animal was done using Monte Carlo simulation. During the simulation we recorded the photon reflectance, transmittance and absorption of human, rabbit and rat liver tissues. Then their comparative studies were done. Average values of total diffuse reflectance, transmittance and absorption were calculated by the 10 simulations of 100,000 photons for these tissues at 633 nm. We found that diffuse reflectance increases as μ_s increases or g decreases and diffuse transmittance increases as μ_a or μ_s decreases, or as g increases. It is also concluded that the radially resolved diffuse reflectance of the tissues decays exponentially of second order.     

表面性质对柱状抛物面型辐冷器性能的影响

利用蒙特卡罗光线跟踪法解决曲面间的辐射换热问题 ,模拟计算了抛物柱面式一级反射锥表面和地球屏表面的吸收率和散射率变化时 ,辐射制冷器一级和二级温度的变化。     

基于表面增强拉曼光谱检测技术的肺癌早期诊断研究

表面增强拉曼光谱技术是近年来快速发展的一种痕量特征标记性物质检测技术,以提高检测灵敏度为目的的表面增强拉曼光谱技术非常适合于生命科学研究。本文利用表面增强拉曼光谱技术对肺癌患者及正常人的唾液样本进行检测,并进行光谱分析,建立了肺癌患者唾液样本的实验模型,对该模型系统分析可为肺癌诊断提供辅助依据。统计学分析效果良好,并发现了分类比较明确的特异性波段1015cm-1～1070cm-1和1250cm-1～1280cm-1。在找出的12个特征峰的基础上应用K-均值方法验证了其判别准确性,结果提示提取的12个特征峰有一定的代表性,能够代表近2000个波数的拉曼光谱图,灵敏度较特异度高,说明该方法适合预防性筛查工作。     

光复散射对消光法粒径测量的影响:复散射模型与数值模拟

复散射效应在光散射颗粒测量中不仅重要．且尚未得到很好解决。采用蒙特卡罗方法,对不同的光波长,颗粒浓度以及收接器条件下的光复散射进行了数值模拟．数值算法程序经与四通量模型进行对比验证,数值结果与单散射条件的郎伯-比尔模型进行比较．进而讨论了复散射效应对消光法颗粒粒径测量影响。表明复散射对消光法颗粒测量的影响不仅取决于颗粒系自身的浓度．而且接收器的几何尺寸和接收位置起着非常重要的作用,减小颗粒介质层厚度和减小光接收器接收面积．增大接收距离以及减小接收角都能减小复散射效应对消光法粒径测量的影响。     

紫外光散射通信系统的数据传输速率影响因素的研究

无线紫外光局域通信是在短距离内实现全方位信息安全传输的有效途径之一,其中数据传输速率是该类通信系统的重要技术指标。从常用的紫外收发通信系统结构出发,研究无线紫外光局域通信数据传输速率的影响因素。研究结果表明：大气信道和紫外光源的选择对系统数据传输速率影响较大;由于大气散射信道的多径时延,系统的最大调制速率受到限制,当通信距离较短或天气环境较好时,系统的最大调制速率较高;紫外光源中,低压汞灯最大调制速率20kHz,紫外LED最大调制速率为几兆赫兹左右。相关研究成果为高速紫外光局域网络的设计与应用提供了参考。     

接触压力作用下皮肤形变对于漫反射光谱测量影响研究

人体成分无创光谱检测过程中,测量条件特别是探头压力造成的组织形变在一定程度上影响光谱测量结果。利用物理模型与仿真方法,定量分析了探头接触压力作用下皮肤组织应变,及光学参数与漫反射光谱变化。首先,在多层皮肤组织物理复合模型基础上,结合生物组织固液两相组成特性,定量分析了压力作用下各层皮肤组织形变大小以及成分变化。该模型将皮肤力学模型简化为固态弹性结构及包含于其中的牛顿流体,利用有限元方法,分别模拟不同压力作用下多层皮肤组织应变大小及时间特性,并根据各层组织体积及水含量变化,定量计算其散射系数及吸收系数改变。然后,利用Monte Carlo方法模拟压力作用前后光在组织中传输过程,定量分析了探头压力对漫反射光谱中所包含人体成分检测有效信息的影响。实验结果表明,在光纤探头接触压力作用下,人体皮肤组织中真皮层厚度变小,自由水体积减小,引起散射特性及光子传输路径改变,使得漫反射光谱中所包含的有效光谱信息下降。该研究结果为优化人体漫反射光谱测量策略,提高测量准确性以及重复性提供了参考。